水力学期末考试复习题及答案
1、选择题:(每小题2分)
(1)在水力学中,单位质量力是指( c )
a、单位面积液体受到的质量力;
b、单位体积液体受到的质量力;
c、单位质量液体受到的质量力;
d、单位重量液体受到的质量力。(2)在平衡液体中,质量力与等压面( d )
a、重合; b、平行c、相交;d、正交。
(3)液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为b
a、1 kN/m2b、2 kN/m2c、5 kN/m2d、10kN/m2
(4)水力学中的一维流动是指( d )
a、恒定流动; b、均匀流动;
c、层流运动; d、运动要素只与一个坐标有关的流动。
(5)有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=( b )
a、8;
b、4;c、2;d、1。
(6)已知液体流动的沿程水力摩擦系数与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关,即可以判断该液体流动属于c
a、层流区; b、紊流光滑区;c、紊流过渡粗糙区; d、紊流粗糙区
(7)突然完全关闭管道末端的阀门,产生直接水击.已知水击波速c=1000m/s,水击压强水头H = 250m,则管道中原来的流速v0为c
a、1。54mb、2。0m c 、2.45m d、
3.22m
(8)在明渠中不可以发生的流动是( c )
a、恒定均匀流; b、恒定非均匀流;
c、非恒定均匀流;
d、非恒定非均匀流。
(9)在缓坡明渠中不可以发生的流动是( b ).
a、均匀缓流;b、均匀急流; c、非均匀缓流; d、非均匀急流。
(10)底宽b=1。5m的矩形明渠,通过的流量Q =1.5m3/s,已知渠中某处水深h = 0.4m,则该处水流的流态为b
a、缓流;
b、急流;
c、临界流;
(11)闸孔出流的流量Q与闸前水头的H( d )成正比.
a、1次方 b、2次方c、3/2次方 d、1/2次方(12)渗流研究的对象是(a)的运动规律。
a、重力水;
b、毛细水;
c、气态水;
d、薄膜水。
(13)测量水槽中某点水流流速的仪器有b
a、文丘里计b、毕托管 c、测压管 d、薄壁堰
=100,模型中水深为(14)按重力相似准则设计的水力学模型,长度比尺λ
L
0.1米,则原型中对应点水深为和流量比尺为d
a、1米,λQ=1000;
b、10米,λQ =100;
c、1米,λ
Q=100000;d、10米,λ
Q
=100000。
2、判断题:(每小题2分)
(1)任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。
( x )
(2)水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。
(x)
(3)水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙. ( x )
(4)粘滞性是液体产生水头损失的内因. (T )
(5)同样条件下直接水击比间接水击更不安全。
( T )
(6)在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。
( X )
(7)矩形断面水力最佳断面的宽深比β=2。
( T )
(8)断面比能沿流程总是减小的。
( X )
(9)在流量和渠道断面形式一定的条件下,跃前水深越大,跃后水深也越
大.( X )
(10)渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流,并且无渗透变形。
( T )
3、填空题:(每小题2~ 4分)
(1)牛顿内摩擦定律适用的条件是和。
答案:层流运动,牛顿液体
(2)液体中某点的绝对压强为100kN/m2,则该点的相对压强为
kN/m2,真空度为。
答案:2, 不存在.?
(3)只受重力作用,静止液体中的等压面是
。
答案:水平面。
(4)实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是
,
。
答案:液体存在粘滞性和边界的影响。
(5)水流在明渠中的流态为缓流时,其水深h h k,弗汝德数F
r1。
(填写、、符号)
答案: , 。
(6)在流量不变的条件下,水跃的跃前水深越小,则水跃的跃后水深越。
答案:大。
(7)根据管道水头损失计算方法的不同,管道可以分为和
.
答案:短管,长管.
(8)在水击计算中阀门关闭的时间T
s 水击相长T
r
的水击,称为
水击,把T
s T
r
的水击称为
水击。
答案:直接, 间接。
(9)a2型水面曲线是发生在坡上的流
(指急流或缓流)的水面线,这时弗汝德数Fr沿程(指增大、减小或不变)
答案:陡坡, 缓流,减小。
(10)溢流堰的过堰流量与堰顶水头的次方成正比。
答案:3/2 .
(11)泄水建筑物下游发生远驱水跃时,下游收缩断面水深hc的共轭水深
h c ’’h
t
(h t为下游河道的水深,填写、、符号)
答案:填写、、符号
(12) 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型,长度比尺λ
L
=25,当模型
中某点的流速为v
m = o.8m/s,则原型中对应点的流速为v
p
=m
/s 。
答案:4m/s 。
4、问答题:(每小题3 ~4分)
(1)什么是理想液体?为什么要引入理想液体的概念?
答案:理想液体是指没有粘滞性的液体。
实际液体都具有粘滞性,在液体流动时会引起能量损失,给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论,我们引入了理想液体的概念,忽略液体的粘滞性,分析其运动规律,然后再考虑粘滞性影响进行修正,可以得到实际水流的运动规律,用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。
(2)“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?为什么?
答案:这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言,恒定是相对于时间而言.当流量不变通过一变直径管道时,虽然是恒定流,但它不是均匀流。
(3)简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律.
答案:通过尼古拉兹实验可以发现:在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re
??
成反比;在层流到紊流过渡区,λ仅是Re 的函数;在紊流光滑区λ=f 1(R e); 过渡区λ=f 2(Re, );粗糙区λ=f 3( ),紊流粗糙区又称为阻力平方区。 (4)为什么舍齐公式 只适用于阻力平方区? 答案:舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式,自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区,因此该公式只适用于紊流阻力平方区。 (5)流动相似的含义是什么?
答案:流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似.其中几何相似是前提,动力相似是保证,才能实现流动相似。
(6)从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。
答案:均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变,但水流运动总要消耗能量,因此从能量方程来分析,只能消耗位能来克服水流阻力.所以均匀流只能产生在正坡渠道中。
(7)分析水面曲线时,如何寻找急流和缓流的控制断面? 答案:急流的控制断面在上游,因为外界对急流的干扰不能向上游传播;缓流的控制断面在下游,其原因与急流正好相反。
(8)在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别?
答案:达西定律适用于任一点的渗流流速u =kJ ,其适用于恒定均匀层流渗流;而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流,同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v = kJ 。 5、作图题:
(1) 定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线。 (5分)
解:
(2)定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线,并注明曲线名称及流态。(各渠段
i
R C v
(5分)
解: 按短管计算,取下游水面为基准面,对上下游渠道内的计算断面建立能量方程
g
v R l h H w 2)4(2
∑+==ξλ (5分) 计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数
9.10.15.022.02.0=++?===∑ξχ , m A
R
将参数代入上式计算,可以求解得到
/s m , m/s 3662.216.4===∴vA Q v (5分) 即倒虹吸管内通过的流量为2.662m3/s 。
(2) 从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D =7.5cm,喷嘴出口直径
d =2。0cm 。水头H =5。5 m 。由水箱至喷嘴的水头损失h w = 0.5m 。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p = 4。9N
cm 2.如用手握住喷嘴,需
K
i
K
i >i 3K
i
N 1N 1
N 3N 3
a 1
b 1
b 2
缓流
缓流
急流
要多大的水平力R,行近流速v 0=0,取动能校正系数和动量校正系数均为1。 (15分)
解:以过喷嘴中心的水平面为基准面,列水箱渐变流断面1—1和喷嘴出口断面2—2的能量方程
H v g ++=+++00002052
2. (5分) 求得喷嘴出口流速和流量为 v g 22599=?=.m s
s
m 3000314
.022==A v Q (1。5分) 橡胶管道内的流速为
s m 706.03
3==A Q
v ? ? (1分)
对于喷嘴建立x
)(3233x x v v Q R A p -=-ρβ
79.187)(3233=--=v v Q A p R ρN (6.5分)
水流对喷嘴冲击力为 '=-R R 即为手握喷嘴所需之力. (1分) (3) 有一梯形渠道,底宽 b =10 m ,水深 h = 3 m,边坡为 1:1,糙率 n = 0.014,底坡i =0.001。如流动在紊流粗糙区 ,求通过的流量Q 。
(9分)
解:计算渠道断面水力要素,
过流断面面积 A bh mh =+=239m 2 (1。5分)
湿周 49.18122=++=h m b x m (1.5分)
水力半径 R A
x
==211. m (1分)
舍齐系数 s /m 90.8012161
==R n
C (2分)
通过的流量 Q = AC (R i)0。 5 = 144.93 m 3/s (3分)
(4)某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽B =18m,流量Q =265m 3/s,坝下收缩断面处水深h c =1.1m ,当坝下游水深h t =4.7m 时,问: ( 12分)
1)坝下游是否发生水跃? (4分)
2)如发生水跃,属于何种形式的水跃? (4分) 3) 是否需要修建消能工?若需要修建消能工,估算消力池深。 (4分) 解:1)计算临界水深hk ,判断收缩断面和下游水流流态, q = Q/B =265/18 =14.72 m 3/sm 81.28
.972.1432
3
2
===g q h k αm 因为收缩断面水深 h c =1。1 m hk 为急流,下游水深h t=4.7m hk
为缓流,
所以溢流坝下游必定发生水跃。
2)计算收缩断面处水深hc 的共軛水深hc”
hc”=)181(232
-+c
c gh q h
=)11.18.972.1481(21.132
-??+? =5。81m 因为 h c "
ht ,该水跃为远驱水跃.
3)溢流坝下游发生远驱水跃,需要修建消力池. 估算消力池深d,取水跃淹没系数 j
=1.05
则池深约为 d =
j
hc"- h t =1.05
5.81 – 4。7 = 1。40 m
水力学模拟题2
。
一、选择题(每小题1分,共5分) 1、明渠均匀流可能发生在:( )
A、平坡棱柱形渠道;B、顺坡棱柱形渠道;C 、逆坡棱柱形渠道;D 、都有可能。 2、某水库水深为10m 处的绝对压强为:( )
A 。 10kPa;
B . 98k Pa;C. 147k Pa ;D . 196kPa 。 3、在圆管流中,层流的断面流速分布符合:( )
A 、均匀规律;
B 、直线变化规律;
C 、抛物线规律;
D 、对数曲线规律. 4、圆柱形外管嘴的正常工作条件是:( ) A. A .
3(=l ~4)d ,m H 90>; B. B .
3(=l ~4)d ,m H 90<;
C. C .
l > (3~4) d ,m H 90>; D. D。
l < (3~4) d ,m H 90<。
5、粘性液体总水头线沿程的变化是:( ) A.
A. 沿程下降;B 。 沿程上升;C 。 保持不变; D.
前三种情况都有可
能。
二、填空题(每空2分,共12分)
1、水力最优矩形断面的宽深比是 ,其水力半径等于 的一半.
2、水的运动粘滞系数随温度的升高而_ _,它的单位是 。
3、紊流时粘性底层厚度随雷诺数的增加而 。
4、明渠均匀流的 和 等物理量沿程不变。
5、在流量一定,渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时,随底坡的增大,正常水深将 ,临界水深将 .
6、由于薄壁堰具有稳定的 和 关系,一般多用于实验室及小河渠的 测量。
三、简答题(每小题5分,共18分)
1、试分别说明雷诺数Re ,佛汝德数F r的物理意义及其在水力学中的主要用途? (5分) 2、什么是水击?减小水击压强的措施有那些?(5分) 3、“恒定流与非恒定流”,“均匀流与非均匀流",“渐变流与急变流”是如何定义的? (8
分)
五、计算题(共65分)
1、某有机玻璃矩形断面明渠,底宽m b 15.0=,水深m h 065.0=,渠底坡02.0=i ,均匀流时测得流量s L Q /20=,试求渠道的粗糙系数n 值。(10分)
2、一矩形断面渠道,如图所示.已知闸前水深m H 14=,闸门开启高度m e 1=,渠道底宽
m b 3=,闸孔垂直收缩系数62.0=ε,闸门局部水头损失系数1.0=?,两段渠道的底坡分别为:01=i ,05.02=i ,渠道糙率04.0=n ,不计闸前行进流速,试判别第二段渠道中
的水流为缓流或急流?并定性绘出两段渠道中的水面曲线(两段渠道均充分长)。(提示:能量
方程求出流量,在求出临界水深以及临界底坡)(15分)
3、某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽m b 18=,流量s m Q /2653
=,坝下收缩断
面处水深m h c 1.1=,当坝下游水深m h t 5=时,
试(1)判别收缩断面处和坝下游的流态?(2)
下游是否需要修建消能工?(15分)
4、如图所示为一平面闸门AB ,宽m b 5=,闸门在水深m H 8=下工作。求闸门所受静水总压力的大小和作用点。(10分)
5、图示一跨河倒虹吸管,管道直径m d 0.1=,管道总长m l 50=,折角、进口和出口的
局部水头损失系数分别为ζ1=0.2,ζ2=0.5,ζ3=1.0,沿程水头损失系数λ=0.024,上下
游水位差m H 5=,求通过的流量Q ?
水力学答案
一、选择题(每小题1分,共5分)
1。B 2.D 3.C 4.B 5.A 二、填空题(每空2分,共12分)
1、 2 ; 水深
2、降低;m 2
/s 3、减小
4、水深和断面平均速度 5、减小 ; 不变
6、流量 和 水头 ; 流量
三、简答题(每小题5分,共18分)
1、答:(1)雷诺数Re 的物理意义:它表征液流惯性力与粘滞力的对比关系,即Re /v d v =?。在水力学中主要用它来判别液流的型态是层流还是紊流。佛汝德数Fr 的物理意义:它表征液流惯性力与重力两种作用力的对比关系。其能量意义是表示过水断面单位重量液体平均动
能与平均势能之比的二倍开平方,
即
Fr =。在水力学中主要用它判别水流的流态是缓流、临界流或急流。
2、答:压力管道中,由于管中流速突然变化,引起管中压强急剧增高(或降低),从而使管道断面上发生压强交替升降的现象,称为水击。 工程上常常采取以下措施来减小水击压强: (一)延长阀门(或导叶)的启闭时间T (二)缩短压力水管的长度 (三)修建调压室
(四)减小压力管道中的水流流速v 0 3、答:(1)沿程水头损失实测装置 ①设备
从水位恒定的水塔引出管道,与需要测量水头损失的新钢管相联,为了便于操作和计算,该管水平放置,两端各开一个测压孔,测压孔直径mm d 0.6=左右的测压管,用橡皮管与压差计相连接。测压孔间距L 视采用压差计类型和测量精度而定,做到读数准确,误差在5%以内.
在测压孔两端设A 、B两个闸阀,控制流量与排气。闸阀距测压孔距离应大于(6~10)d ,
),避免闸阀后旋涡水流对测压管测流的影响.
在管道出口采用重量法或体积法测量流量。也可在管路上装流量计测量流量。 ②工作原理
水塔水位恒定,当闸门开度一定时,管中通过的流量一定,测出流量。管道直径保持不变,经过管道的水流为有压均匀流,水力坡度与测压管坡度相等,由压差计测出压差经简单换算即得长度为L的管道的沿程水头损失,即
()()
γγ
212
221212
121p p v v g z z p p h f -=-+
-+-=
(2)沿程阻力系数λ在紊流光滑区的变化规律
大量实验证明,在紊流光滑区,沿程阻力系数λ只与雷诺数Re 有关,与绝对粗糙度?无关.
五、计算题(共65分) 1。(10分)
解:过水断面面积2
00975.0065.015.0m bh A =?== 湿周
m h b 28.0065.0215.020=?+=+=χ
水力半径
m A
R 0348.028.000975
.0==
=
χ
0085
.002.00348.00173.000975
.021
32
21
32=??==i R Q A n
2、(10分)
解:m e h c
62.0162.0=?==ε
由能量方程得
g v
g v h H c
c c 222
2
?++=
则
?
s
m h H g v c c /44.151.01)
62.014(8.921)
(2=+-??=
+-=
?
s m bv h v A Q c c c c /72.2844.15362.03=??===
m gb Q h K 11.238.972
.2832
2
3
22=?==
临界水深时所对应的个水力要素为:
m h b K K 22.711.2232=?+=+=χ
s m bh n R n c K K K K /46.24)22.711.23(04.01)(115.0616161=??=?==
χ 0394.03
46.2422.78.92
2=??==K K K K B C g i χ
由于K i i >,故第二段渠道为陡坡,且综合分析其水面线为2b 型降水曲线,K h h <,水流为急流。
3、(15分) 解:(1)
m s m b Q q ?===
/72.1418265
3
m g q h K 81.28
.972.14323
2===
K t K c h m h h m h >=<=51.1,,收缩断面处为急流,下游水流为缓流,所以溢流坝下游必
定发生水跃。
(2)
m gh q h h c
c c 81.5)11.18.972.1481(26.0)181(2"3
232=-?+=-+=
"c t h h <,下游发生远离式水跃.
4、(10分)
解:KN
b H P 15685288.922
2
=??=?=γ m
H e 67.2383===
5、(15分)
解: